Цель: показать, что вода – уникальное природное соединение; развитие познавательного интереса учащихся на основе адаптивной системы обучения.
Задачи: изучить основные качества воды – “жесткости воды”, природа этого свойства. Развивать внимание и воображение, эмоциональной культуры и культуры речи, экспериментально-исследовательские навыки. Воспитывать умения вести диалог, мотивацию к самоуправлению учебно-познавательной работе на уроке.
Оборудование: большие стаканы с пресной и соленой водой, две картофелины, вода, загрязненная песком, опилками, чернилами, СМС, воронка, фильтр, пробирки, древесный уголь, песок, фарфоровая чашка, салфетка, мел, пенопласт, хлорид бария, нитрат серебра, роданид аммония, на столах для каждой группы находится план работы ученика - перечень основных указаний по выполнению практической части урока.
Набор для группы 1: раствор гидрокарбоната кальция, вода, пробирки.
Набор для группы 2: растворы карбоната кальция, гидрокарбоната кальция, гидрокарбоната магния, две пробирки с мягкой и имеющей временную жесткость, спиртовка, держатель, пробирки, стакан с мягкой водой.
Набор для группы 3: растворы хлорида кальция, сульфата магния, нитрата кальция, карбоната натрия, хлорида бария, пробирки с мягкой и имеющей постоянную жесткость.
Набор для группы 4: растворы хлорида кальция, гидрокарбоната кальция, сульфата магния, нитрата кальция, две пробирки с мягкой и имеющей общую жесткость, спиртовка, держатель, пробирки, стакан с мягкой водой.
Набор для группы 5: растворы мыла, синтетического моющего средства, хлорида кальция, гидрокарбоната кальция, сульфата магния, гидрокарбоната магния, четыре акварельные кисточки, четыре стакана, мягкая вода.
Действующие лица: ведущий, эксперты, биолог, врач, химик-технолог, литератор, лаборанты.
Оформление: плакаты со словами “Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, ни цвета, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты сама жизнь. Ты наполняешь нас невыразимой радостью… Ты самое большое богатство на свете”, “Вода – это жизнь”, стенд с водными пейзажами.
ХОД УРОКА
Учитель: В природе все взаимосвязано. Однако отдельные явления и вещества более существенны при естественном равновесии живой и неживой природы, а другие – менее важны. Как вы считаете, какое вещество самое главное для нас в окружающем мире? Ответ на этот вопрос можно дать уверенно и однозначно – природная вода. 22 марта – Всемирный день водных ресурсов по календарю ООН, день воды. Она умеет принимать разную форму: то она дождик, то снег, то спокойное озеро, то твердый лед… А много ли воды на Земле? Если яблоко разрезать на 4 части, то 3/4 этого яблока будут водой. Поэтому не случайна тема нашего урока.
Сегодня на уроке мы поговорим не о дистиллированной воде, а о самой обычной воде, которая течет из крана на кухне и в ванной, о воде из речки и пруда. Вода, как вечная страница, совершая круговорот, поднимается высоко над поверхностью земли, выпадает вместе с осадками, проникает глубоко под землю. И на протяжении всего путешествия она поглощает множество различных солей, содержащихся в почвах и горных породах.
Сегодня мы постараемся подробнее разобраться в этом вопросе и поговорим об одном из качеств воды, обусловленном присутствием в ней солей, - о жесткости. Как же будет называться тема нашего урока? У нас сегодня необычный урок, а урок-практикум. В ходе урока мы с вами будем и теоретиками и практиками, давай те же поставим перед собой задачи урока.
Итак, тема сегодняшнего урока “Жесткость воды и способы ее устранения”. Запишем тему в тетрадь. Математик Н.М.Крылов сказал “Теория без практики мертва, практика без теории сверх того и пагубна”. Пусть эти слова послужат нам девизом к уроку. Почему же вода является самым главным веществом на Земле? Подробнее разобраться в этом вопросе мы постараемся с помощью корреспондента нашей газеты Маши.
Маша. Посмотрите за окно. Что там? Снег? Снег – это кристаллы замерзшей воды.
Вы слыхали о воде?
Говорят, она везде!
В луже, в море, в океане
И в водопроводном кране.
Как сосулька замерзает,
В дом туманом заползает,
На плите у нас кипит,
Паром чайника шипит,
Растворяет сахар в чае.
Мы ее не замечаем.
Мы привыкли, что вода
Наша спутница всегда.
Без нее нам не умыться,
Не наесться, не напиться.
Смею вам я доложить:
Без воды нам не прожить.
Учитель. Да, без воды нам не прожить. Вода бывает “Живая” и “мертвая”, легкая и тяжелая, целебная и минеральная – очень и очень разная. Она может быстро бежать и тихо струиться, реветь водопадом и молчать айсбергом, дымить гейзером и блистать капельками росы. Завораживать и вдохновлять, грозить девятым валом и ласково плескаться.
Демонстрация видеозаписей на тему “Вода в природе”
Маша. Я не раз слышала: “Вода – это эликсир жизни”, “Самое необыкновенное вещество в мире”, “Вода – чудо природы”.
Учитель. Поэтому о воде не случайно слагали стихи, песни, писали картины. Обратимся к нашему литератору.
Литератор (говорит под звучание музыки, запись шума воды). В художественной литературе, как в прозе, так и в стихах, отражены все моменты жизни человека и природы. Вода – их неотъемлемая часть, вот такие наблюдения за природой записал Н.Сладков: “Январь – месяц больших молчаливых снегов. Прилетают они всегда вдруг, лес утонул в дремучих сугробах. Под холодным сводом неба, покорно склонив тяжелые головы, застыли белые деревья. Вместе со снегом налетели и набежали в лес диковинные, невиданные существа. Белые медведи и белые совы. Зайцы, куропатки, белочки сидят, лежат и висят. Все это снег”.
Свойства воды обуславливали красоту природы. В весенние дни ручьи, сверкают под лучами солнца, олицетворяют пробуждение природы, пробуждение чувств человека, самой жизни.
Звенеть сосульки перестали,
У крыш застыли бахромой,
Холодным светом заблистали,
Заледенели, как зимой.
Но завтра снова солнце встанет,
Оно возьмется припекать,
И по крыльцу забарабанит
Капель веселая опять… (Е.Благинина)
Маша. Как красиво! Давайте еще послушаем.
Литератор. Дождливая осень вдохновляет многих художников и поэтов.
Под музыку П.И.Чайковского учитель демонстрирует слайды с репродукциями картин “ненастье”, “Осенняя распутица”, “Забытая деревня”, “После грозы”
В кружева будто одеты
Деревья, кусты, провода.
И кажется сказкою это,
А в сущности – это вода…
Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И все это – только вода. (А.Фет)
Маша. Вы уже многое знаете о воде. Повторим эти сведения.
- Какую часть поверхности Земли занимает вода? (71%)
- Какая бывает вода? (Речная, озерная…)
- Надолго ли хватит этой воды? (Эти запасы могут обеспечить 20 млн. человек)
- Мы отдаем предпочтение пресной воде. Почему? (В морской воде много соли)
- Как отличить морскую воду от пресной?
Лаборант демонстрирует опыт
В большие стаканы с пресной и соленой водой опускает по очищенной картофелине.
- Какой вывод можно сделать? (Морская вода имеет большую плотность)
- В каких физических состояниях встречается вода? (В твердом, жидком, газообразном)
А что мы знаем о роли воды в нашем организме? На этот вопрос мы попросим ответить биолога.
Биолог. Вода содержится в организмах животных и человека, в растениях. В организмах млекопитающих средняя массовая доля воды составляет 70%, в организмах рыб – 80%, в водорослях – 90%. Человек же на 60-65% состоит из воды: кровь содержит 90%, мышцы – 75%, кости - 28%, а вот стекловидное тело глаза на 99% состоит из воды. Вода – обязательный компонент каждой живой клетки. Обезвоживание организма на 12-15% приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды – к гибели организма. А знаете ли вы, что в организмах идут процессы обновления воды? В кактусах, например, вода полностью обновляется в течение 28 лет, у черепахи – за 1 год, у верблюда – за 3 месяца, у человека – за 1 месяц. Вода участвует в растворении веществ, образовании крахмала, сахара, жиров, в теплообмене. Поэтому если без пищи человек может прожить от 30 до 50 дней, то без воды – всего 3 дня.
Маша. Физические свойства воды, ее удивительные особенности были давно замечены учеными.
- Какими физическими свойствами обладает вода? (Без вкуса, запаха и цвета, температура кипения 100 С°, а замерзания 0 С°, является хорошим растворителем).
Что может нам добавить по этому вопросу химик.
Химик. Вода – химически активное вещество, поэтому она взаимодействует со многими другими веществами. Самое общеизвестное и наглядное из таких взаимодействий – растворение веществ в воде. Вода является наиболее универсальным растворителем. Растворенный кислород воздуха обеспечивает жизнь водных организмов. А вот сероводород – газ, образующийся при разложении остатков организмов, делает водоем безжизненным, как это имеет место, например, в глубинах Черного моря. Растворяются в воде и жидкие вещества. Широко применяются водные растворы твердых веществ. Поэтому любая природная вода – раствор.
Демонстрация опыта
Лаборант. Проводит опыт1 – растворение в воде углекислого газа, опыт 2 – растворение в воде фосфорной кислоты, опыт 3 – растворение в воде кристаллов KMnO4, CuSO4• 5H2O, K2Cr2O4.
Маша. В настоящее время качество воды ухудшилось, в том числе и нашей Республике. Воде грозит настоящая опасность, и исходит она от человечества. Давайте спросим об этом у врача.
Врач. По данным Всемирной организации здравоохранения, инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн случаев в год. По данным санитарно-эпидемиологической службы, многие проблемы со здоровьем возникают из-за употребления некачественной питьевой воды. Каждый год регистрируются случаи заболевания гепатитом, дизентерией и другими острыми кишечными болезнями, причиной которых служит употребление обыкновенной питьевой воды или купание в загрязненных озерах. Кроме того, наша вода нуждается не только в очистке, но и обогащении, поскольку в ней недостаток фтора и йода, что приводит к кариесу, заболеваниям щитовидной железы. Дефицит йода нередко является причиной развития врожденных аномалий, снижения умственных способностей детей. В водопроводной воде, которая поступает в наши дома, недостаточно и селена. Дефицит селена является фактором риска в возникновении сердечно-сосудистых, злокачественных заболеваний, легких.
Маша. Как же вернуть воде былую чистоту? На этот вопрос нам поможет ответить технолог.
Технолог. Водоочистка – комплекс технологических процессов, имеющих целью довести качество воды, поступающей в водоснабжение, до установленных показателей. Питьевая вода – это химический раствор, в котором много различных веществ, в том числе токсичных ионов железа. Качественный состав питьевой воды характеризуется теми же показателями (кислотность, минерализация, жесткость, бактериальное заражение). Первая водоочистная станция с так называемыми медленными фильтрами была построена в 1829 г. в Лондоне. В России станция очистки воды впервые была сооружена в 1888 г. в Петербурге. Воды поверхностных водоисточников обычно непригодны для питья из-за мутности, цветности и более высокого, чем допустимо для питьевой воды, содержания бактерий. Поэтому до подачи воды в хозяйственный питьевой водопровод ее осветляют, обесцвечивают и обеззараживают. Для осветления и обесцвечивания воды на очистных сооружениях проводят коагуляцию с помощью хлорида железа, а “доосветляют” на фильтрах (песчаных или двухслойных). Для обеззараживания в фильтрованную воду вводят жидкий хлор, хлорную известь. Чтобы водопроводная вода была полезной, необходимо создавать новые технологии получения питьевой воды.
Демонстрация опыта “очистка воды”
Лаборант. Для опыта мы взяли воду талого снега подкрашенного чернилами. Первичная очистка основана на процессе отстаивания: тяжелые частицы осели на дно, легкие всплыли наверх. Затем выполним фильтрование. Вторая очистка: фильтрование через уголь. Уголь – абсорбент, вбирает в себя красители и газы.
Маша. А если в воду попала нефть. Чем опасно это явление?
- Как убрать с поверхности воды нефтяное пятно? (Профильтровать)
- Это можно осуществить в лаборатории. А в океане? (Убрать пятно сорбентом)
Учащиеся проводят лабораторный опыт
Опыт 1. В фарфоровую чашку с загрязненной нефтью водой добавим порошок мела, а в другую пенопласт.
Опыт 2. Обнаружение катионов железа.
К 10 мл пробы воды прибавляем 1 каплю азотной кислоты, затем 2 капли пероксида водорода и вводят 0,5 мл роданида аммония. При концентрации ионов железа более 2,0 мг/л появляется розовое окрашивание, при концентрации 10 мг/л окрашивание становится красным.
Опыт 3.Обнаружение катионов свинца.
В пробирку помещают 10 мл пробы воды, прибавляют 1 мл раствора хромата калия (K2CrO4). Если выпадает желтый осадок, то содержание катионов свинца более 100 мг/л, помутнение раствора – 20 мг/л, опалесценции – 0,1 мг/л.
Опыт 4. Обнаружение хлорид-ионов.
К 10 мл пробы воды прибавляем 3 капли азотной кислоты и приливаем 0,5 мл раствора нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид – ионов более 100 мг/л, помутнение – более 10 мг/л, опалесценции – более 1 мг/л.
Опыт 5. Обнаружение сульфат – ионов. К 10 мл пробы воды прибавляем 2 капли соляной кислоты и приливаем 0,5 мл раствора хлорида бария. Белый осадок выпадает при концентрации сульфат – ионов более 10 мг/л, опалесценции – более 1 мг/л.
Технолог. Если вода в источнике водоснабжения имеет жесткость (суммарное содержание солей кальция и магния) большую. Чем допускается по нормам, то ее до подачи в водопроводную сеть умягчают. Применяют два метода умягчения воды – реагентный и катионитный.
Учитель. Для определения жесткости воды, ее видов и способов устранения. Для каждой группы на партах находятся вопросники и оборудование для проведения опытов. В течение 10 минут вы должны подготовить сообщение.
Задание для группы 1
1. Сформулируйте определение жесткости воды, составьте схему по классификации видов жесткости.
2. Как устраняют жесткость воды в промышленности? Объясните, зачем устраняют жесткость воды.
3. Как устраняют жесткость воды в быту? Объясните, зачем устраняют жесткость воды.
4. Получите воду с временной жесткостью. Объясните, как можно получить воду с временной жесткостью.
Задание для группы 2
1. Сформулируйте определение временной, карбонатной жесткости воды. С наличием в воде, каких катионов и анионов связана временная, карбонатная жесткость? Заполните соответствующую графу таблицы “Жесткость воды”.
2. Проведите опыт по устранению временной, карбонатной жесткости воды кипячением. Запишите уравнение реакций в ионной форме.
3. Проведите опыт по устранению временной, карбонатной жесткости воды добавлением соды (карбоната натрия). Запишите уравнения реакции в ионной форме.
4. Проведите опыты по устранению временной, карбонатной жесткости воды добавлением известковой воды (раствора гидроксида кальция). Запишите уравнение реакции в ионной форме.
5. В пробирке 1 и 2 находятся мягкая вода и вода с временной жесткостью (содержит гидрокарбонаты кальция и магния). Распознайте, в какой пробирке находится вода с временной жесткостью. Запишите уравнения проведенных реакций в ионной форме.
Задание для группы 3
1. Сформулируйте определение постоянной, некарбонатной жесткости воды. С наличием в воде, каких катионов и анионов связана постоянная, некарбонатная жесткость? Заполните соответствующую графу таблицы “Жесткость воды”.
2. Проведите опыт по устранению постоянной, некарбонатной жесткости воды добавлением соды (карбоната натрия). Запишите уравнения реакции в ионной форме.
3. В пробирке 1 и 2 находятся мягкая вода и вода с постоянной жесткостью (содержит сульфат магния). Распознайте, в какой пробирке находится вода с постоянной жесткостью. Запишите уравнения проведенных реакций в ионной форме.
4. Получите воду с постоянной, некарбонатной жесткостью. Объясните, как можно ее получить.
Задание для группы 4
1. Сформулируйте определение общей жесткости воды. С наличием в воде, каких катионов и анионов связана общая жесткость? Заполните соответствующую графу таблицы “Жесткость воды”.
2. Проведите опыт по устранению общей жесткости воды добавлением соды (карбоната натрия). Запишите уравнения реакции в ионной форме.
3. В пробирке 1 и 2 находятся мягкая вода и вода общей жесткостью (содержит гидрокарбонат магния и хлорид кальция). Распознайте, в какой пробирке находится вода с общей жесткостью. Запишите уравнения проведенных реакций в ионной форме.
4. Получите воду с общей жесткостью. Объясните, как можно ее получить.
Задание для группы 5
1. Получите воду с временной, карбонатной жесткостью. Устраните жесткость с помощью раствора мыла, добавляя его кисточкой и взбивая пену. Что представляет собой налет на кисточке? Когда мыло начинает пениться в жесткой воде?
2. Получите воду с временной, карбонатной жесткостью. Устраните жесткость с помощью раствора стирального порошка, добавляя его кисточкой и взбивая пену. Что представляет собой налет на кисточке? Когда синтетическое моющее средство начинает пениться в жесткой воде? На основании опытов 1 и 2 сделайте вывод, каким моющим средством – мылом или стиральным порошком лучше пользоваться в быту для стирки. Ответ обоснуйте.
3. Получите воду с постоянной, некарбонатной жесткостью. Устраните жесткость с помощью раствора мыла, добавляя его кисточкой и взбивая пену. Что представляет собой налет на кисточке? Когда мыло начинает пениться в жесткой воде?
4. Получите воду с постоянной, некарбонатной жесткостью. Устраните жесткость с помощью раствора стирального порошка, добавляя его кисточкой и взбивая пену. Что представляет собой налет на кисточке? Когда синтетическое моющее средство начинает пениться в жесткой воде? На основании опытов 3 и 4 сделайте вывод, каким моющим средством – мылом или стиральным порошком лучше пользоваться в быту для стирки. Ответ обоснуйте.
5. Сравните образование пены в воде с временной, карбонатной и постоянной, некарбонатной жесткостью. Предложите, каким средством и почему лучше пользоваться при стирке в жесткой воде.
Учитель. Подведем итоги. По найденным ответам на поставленные вопросы и результатам выполненных опытов учащиеся каждой группы делают итоговые сообщения по теме урока.
Сообщения групп о проделанной работе
Учитель. Итак, давайте обобщим, что нового мы узнали о воде.
1. К каким водам – мягким или жестким относится колодезная и ключевая вода? (Средней жесткости)
2. Почему колодезная вода, как правило, вкусная, а дождевая нет? (Вкус колодезной воды придают содержащие в ней различные вещества)
3. Почему до изобретения антифриза в системы охлаждения двигателей заливали дистиллированную воду, а не воду из-под крана? (В воде из-под крана содержатся гидрокарбонаты кальция и магния, то при повышении температуры будут превращаться в нерастворимые карбонаты и оседать на стенках системы, тем самым, ухудшая теплоотдачу двигателя)
4.Как доказать что накипь содержит карбонат? (Подействовать кислотой)
5. Как химическим путем можно очистить в домашних условиях посуду от накипи? (Можно удалить раствором уксуса)
6. Иногда для приготовления продуктов используют горячую воду из крана. Возможно ли это (Нет, ее смягчают содой для уменьшения отложения на стенках труб нерастворимых карбонатов)